田武英 焦青松 石岱龍 孫 坤 賈凌云 馮漢青

(西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，蘭州 730070)

胞外ATP通過H2O2對(duì)菜豆葉片光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)特性的系統(tǒng)性影響

田武英 焦青松 石岱龍 孫 坤 賈凌云*馮漢青

(西北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，蘭州 730070)

研究了細(xì)胞外ATP對(duì)菜豆葉片光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)光化學(xué)特性的系統(tǒng)性影響及可能的內(nèi)在機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，用外源ATP處理菜豆葉片的一側(cè)，處理側(cè)和同葉未處理側(cè)潛在最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、非調(diào)節(jié)性能量耗散量子產(chǎn)量(Y(NO))與對(duì)照相比無顯著變化；而實(shí)際光化學(xué)效率 (Y(Ⅱ))、電子傳遞速率(ETR)和光化學(xué)猝滅系數(shù) (qP)與對(duì)照相比顯著上升，但非光化學(xué)猝滅系數(shù)(qN)和調(diào)節(jié)性能量耗散量子產(chǎn)量(Y(NPQ))則顯著下降。表明了細(xì)胞外ATP能夠系統(tǒng)性地提高菜豆葉片PSⅡ光化學(xué)效率。用外源ATP處理菜豆葉片的一側(cè)，檢測(cè)葉片處理側(cè)與同葉未處理側(cè)過氧化氫的含量，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照相比，葉片處理側(cè)與未處理側(cè)過氧化氫含量均顯著上升。用外源過氧化氫(H2O2)處理菜豆葉片一側(cè)也導(dǎo)致了處理側(cè)與同葉未處理側(cè)Y(Ⅱ)、ETR和qP的顯著上升，以及qN和Y(NPQ)的顯著下降。因此，過氧化氫和ATP能夠?qū)μ幚韨?cè)與同葉未處理側(cè)葉片的光化學(xué)特性產(chǎn)生相似的影響。進(jìn)一步研究表明，用過氧化氫的淬滅劑N,N′-二甲基硫脲(DMTU,dimethylthiourea)可以減弱ATP對(duì)菜豆葉片處理側(cè)與未處理側(cè)Y(Ⅱ)、ETR、qP、qN和Y(NPQ)產(chǎn)生的影響。這些結(jié)果表明：菜豆葉片局部細(xì)胞外ATP的增加可加強(qiáng)鄰近組織PSⅡ的光化學(xué)效率，并且胞外ATP對(duì)葉片PSⅡ光化學(xué)特性的這種系統(tǒng)性影響依賴于H2O2調(diào)節(jié)的下游信號(hào)途徑。

葉綠素?zé)晒?；?xì)胞外ATP；過氧化氫(H2O2)；菜豆；系統(tǒng)性

三磷酸腺苷(ATP)通常被認(rèn)為廣泛存在于線粒體、葉綠體等細(xì)胞器以及細(xì)胞質(zhì)中，并作為能量貨幣分子參與多種生理生化反應(yīng)。盡管ATP是極性分子無法自由穿過細(xì)胞膜[1]，但近年來的研究表明，動(dòng)物、植物和微生物細(xì)胞可以通過通道蛋白等方式將胞內(nèi)的部分ATP釋放到細(xì)胞外基質(zhì)中，從而使得細(xì)胞外也存在著ATP，即胞外ATP(extracellular ATP，eATP)[2]。

人們首先在動(dòng)物和綠藻的細(xì)胞膜上發(fā)現(xiàn)了能夠特異性結(jié)合eATP的跨膜受體蛋白(如P2X和P2Y蛋白)；且發(fā)現(xiàn)這些受體蛋白在胞質(zhì)側(cè)的結(jié)構(gòu)域與一些調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)傳遞的蛋白相偶聯(lián)[2～3]。在動(dòng)物細(xì)胞中的研究發(fā)現(xiàn)，eATP能夠作為一種存在于胞外的信號(hào)分子通過上述受體蛋白的介導(dǎo)可誘發(fā)多種下游信號(hào)分子(如：Ca2+，一氧化氮(NO)，活性氧(ROS)等)的積累[4～8]從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)、免疫和神經(jīng)傳導(dǎo)等重要的生理反應(yīng)[2]。

相對(duì)于動(dòng)物eATP的研究，植物eATP的研究尚處于起步階段。但已揭示了植物細(xì)胞能夠通過ATP結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白或膜泡運(yùn)輸?shù)姆绞綄⒓?xì)胞內(nèi)ATP釋放到胞外，使得植物細(xì)胞也同樣存在eATP[9～10]，一些環(huán)境刺激(如：損傷和高滲脅迫等)也會(huì)使植物細(xì)胞釋放ATP[11]。Choi等已經(jīng)在擬南芥中鑒定出特異性結(jié)合eATP的受體蛋白，這將使得植物eATP的研究進(jìn)入到全新的階段[12]。有研究表明，植物的eATP也是一種重要的胞外分子，并通過受體介導(dǎo)的作用來調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、抗病反應(yīng)和向地性等生理學(xué)活動(dòng)[13]。

光合作用是植物最為重要的生理學(xué)活動(dòng)，決定著植物的生長(zhǎng)與發(fā)育。然而，目前關(guān)于eATP對(duì)植物光合作用影響的研究報(bào)道較少。最近，Chivasa[1]等發(fā)現(xiàn)，放氧增強(qiáng)蛋白及Psbp蛋白等植物光反應(yīng)階段相關(guān)蛋白的表達(dá)水平受到了eATP水平的影響，提示了植物光合作用的光反應(yīng)階段可能受到了eATP的調(diào)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)室在以前的工作中已發(fā)現(xiàn)，對(duì)菜豆葉片施加外源ATP可提高被ATP施加組織處光系統(tǒng)Ⅱ的光化學(xué)效率[14]。但有趣的是，Chivasa[15～16]等發(fā)現(xiàn)，在葉片的一側(cè)施加ATP能夠改變同葉另一側(cè)葉片組織對(duì)于病原菌和病毒的抗性，這提示了eATP對(duì)于植物葉片的生理學(xué)反應(yīng)有著系統(tǒng)性的影響。但是否eATP也可能對(duì)葉片光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)效率也有著系統(tǒng)性的影響卻未被研究。為此，我們利用葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)研究了eATP對(duì)葉片光能吸收和傳遞效率的系統(tǒng)性影響。同時(shí)也進(jìn)一步探討了eATP下游信號(hào)分子H2O2是否參與了這一系統(tǒng)性影響的信號(hào)傳遞過程。相信該研究可進(jìn)一步深入了解植物光合作用的調(diào)控機(jī)制及豐富對(duì)eATP的生理學(xué)角色的認(rèn)知。

1 材料與方法

1.1 材料的培養(yǎng)

供試菜豆(PhaseolusvulgarisL.)為‘農(nóng)普12號(hào)’，來源于廣州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院。試驗(yàn)菜豆用2%的次氯酸鈉溶液消毒10 min后，用蒸餾水沖洗2～3次，置于含多層紗布的培養(yǎng)皿中，用蒸餾水浸濕紗布，放于培養(yǎng)箱中待種子萌發(fā)。萌發(fā)后的菜豆種子被移栽到塑料盆缽中，每盆1株。培養(yǎng)基質(zhì)為營(yíng)養(yǎng)土、蛭石、珍珠巖(比例3∶1∶1)。培養(yǎng)室的晝夜溫度變化為25℃/20℃，光照強(qiáng)度為200 μmol·m-2·s-1，光周期12 h光照/12 h黑暗。每天澆水一次保持表層培養(yǎng)介質(zhì)濕潤(rùn)。選取第一對(duì)真葉葉齡8 d的菜豆植株備用。

1.2 材料處理

用去離子水配制：(1)1.0 mmol·L-1的ATP溶液；(2)1.0 mmol·L-1的H2O2溶液；(3)1.0 mmol·L-1N,N′-二甲基硫脲(DMTU)溶液；(4)以及1.0 mmol·L-1ATP與1.0 mmol·L-1DMTU等體積的混合溶液。選取上述備用的菜豆植株，將塑料板放置于菜豆植株第一對(duì)真葉葉片的主葉脈上，分別吸取上述四種溶液并噴灑菜豆葉片的一側(cè)。以同樣的方法噴灑去離子水作為對(duì)照(圖1)，每組重復(fù)處理四片葉子。處理后將植株放置在光照強(qiáng)度為200 μmol·m-2·s-1培養(yǎng)架上照射20 min后測(cè)定第一對(duì)真葉葉片處理側(cè)與同葉未處理側(cè)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。

圖1 菜豆葉片處理方法Fig.1 Processing methods of bean leaves

1.3 參數(shù)測(cè)定

葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定使用葉綠素?zé)晒獬上駜xIMAGING-PAM(Waltz,Germany)。參照Demmig-Adams[17]等的方法。在空氣濕度45%，溫度為20℃培養(yǎng)室進(jìn)行測(cè)定。具體測(cè)定步驟如下：測(cè)定前對(duì)所處理材料暗適應(yīng)20 min，打開測(cè)量光(0.1 μmol·m-2·s-1)，測(cè)得初始熒光(Fo)，再打開飽和脈沖光(6 000 μmol·m-2·s-1,光照時(shí)間0.8 s)測(cè)得暗適應(yīng)下葉片的最大熒光(Fm)，再開啟作用光(300 μmol·m-2·s-1)，當(dāng)所測(cè)材料在作用光的實(shí)時(shí)熒光(Fs)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后20 s打開飽和脈沖光，測(cè)得最大熒光(Fm′)；再打開遠(yuǎn)紅光(far-red light)測(cè)定光適應(yīng)葉片的最小熒光(Fo′)。測(cè)定結(jié)束后根據(jù)以上參數(shù)計(jì)算出：暗適應(yīng)下PSⅡ潛在最大光化學(xué)量子效率Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm。并由儀器直接導(dǎo)出光適應(yīng)下PSⅡ的實(shí)際光化學(xué)效率(Y(Ⅱ))，光合電子傳遞速率(ETR)，光化學(xué)猝滅(qP)，非光化學(xué)猝滅(qN)，調(diào)節(jié)性能量耗散量子產(chǎn)量(Y(NPQ))，非調(diào)節(jié)性能量耗散量子產(chǎn)量(Y(NO))等參數(shù)的值。

1.4 過氧化氫含量的檢測(cè)

H2O2含量的檢測(cè)參照Sergiev[19]的方法。根據(jù)1.2的實(shí)驗(yàn)處理方法，用ATP和去離子水分別處理菜豆葉片的一側(cè)，處理后將植株放置在光照強(qiáng)度為200 μmol·m-2·s-1培養(yǎng)架上照射20 min后分別稱取處理側(cè)與同葉未處理側(cè)葉片各0.15 g，加入預(yù)冷的1.5 mL三氯乙酸(TCA,0.1%)研磨，12 000 g離心20 min，然后取0.5 mL的上清液，加入0.5 mL的磷酸緩沖液(10 mmol·L-1,pH7.0)和1 mL的碘化鉀(1 mol·L-1)，390 nm測(cè)定吸光值，每組處理重復(fù)4次。根據(jù)ΔA390值計(jì)算H2O2的含量，結(jié)果以μmol·g-1FW所示。H2O2標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作步驟同上。

1.5 數(shù)據(jù)分析

將所得數(shù)據(jù)用Excel預(yù)處理，計(jì)算出平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，然后使用Origin 9.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)，以及繪圖。

2 結(jié)果

2.1外源ATP對(duì)菜豆葉片葉綠素?zé)晒獾南到y(tǒng)性影響

用1.0 mmol·L-1ATP處理菜豆葉片的一側(cè)后，處理側(cè)與同葉未處理側(cè)葉片F(xiàn)v/Fm與對(duì)照相比無顯著差異。而外源ATP處理側(cè)與未處理側(cè)葉片Y(Ⅱ)的值分別比對(duì)照葉片處理側(cè)和未處理側(cè)提高了79.8%和59.73%，qP則均提高了60.6%(表1)。光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的實(shí)際光化學(xué)效率與電子傳遞速率之間呈正相關(guān)，所以外源ATP的處理同樣使得菜豆葉片處理側(cè)與未處理側(cè)電子傳遞速率(ETR)與對(duì)照相比顯著升高，分別提高了71.88%和58.14%(表1)。

qN代表非光化學(xué)猝滅系數(shù)。外源ATP的處理使菜豆葉片處理側(cè)與未處理側(cè)qN與對(duì)照相比顯著下降，分別降低了14.8%和14.77%(表1)。同時(shí)，菜豆葉片處理側(cè)與未處理側(cè)Y(NPQ)與對(duì)照相比也顯著下降，分別降低了35.58%和33.33%(表1)，而對(duì)Y(NO)則無影響(表1)。

2.2外源ATP處理后菜豆葉片過氧化氫含量的變化

用外源ATP處理菜豆葉片的一側(cè)，檢測(cè)ATP處理側(cè)與同葉未處理側(cè)過氧化氫含量的變化。發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，處理側(cè)與同葉未處理側(cè)過氧化氫含量均顯著上升(圖2)。

2.3H2O2對(duì)菜豆葉片葉綠素?zé)晒馓匦韵到y(tǒng)性影響

用1.0 mmol·L-1外源H2O2處理菜豆葉片一側(cè)，葉片處理側(cè)與未處理側(cè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化與外源ATP處理后的變化趨勢(shì)一致。即：處理側(cè)與未處理側(cè)Fv/Fm和Y(NO)與對(duì)照相比無顯著變化。Y(Ⅱ)、ETR和qP顯著上升，并與對(duì)照相比，1.0 mmol·L-1H2O2使葉片處理側(cè)與未處理側(cè)Y(Ⅱ)分別增加了51.72%和35.84%。ETR分別提高了44.78%和37.46%，而qP均提高了51.63%。而qN和Y(NPQ)則顯著下降，與對(duì)照相比，1.0 mmol·L-1H2O2使葉片處理側(cè)與未處理側(cè)qN分別降低了6.59%和7.32%；Y(NPQ)分別降低了16.16%和13.21%(表1)。

表1外源ATP和H2O2(1.0mmol·L-1)對(duì)菜豆葉片處理側(cè)與同葉未處理側(cè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

Table1Theeffectsofthetreatmentsofahalfofabean(P.vulgarisL.)leafwithexogenousATPandH2O2(1.0mmol·L-1)onthechlorophyllfluorescenceparametersofthetreatedhalfandtheuntreated,oppositehalf

葉綠素?zé)晒鈪?shù)Chlorophyllfluorescenceparameters處理側(cè)Processingside(300μmol(photon)·m-2·s-1)CKATPH2O2葉綠素?zé)晒鈪?shù)Chlorophyllfluorescenceparameters未處理側(cè)Un?processingside(300μmol(photon)·m-2·s-1)CKATPH2O2Fv/Fm0．761±0．007a(100%)0．761±0．014a(100%)0．753±0．004a(98．95%)Fv/Fm0．761±0．005a(100%)0．759±0．012a(99．74%)0．754±0．004a(99．08%)Y(Ⅱ)0．203±0．009c(100%)0．365±0．025a(179．80%)0．308±0．014b151．72%()Y(Ⅱ)0．226±0．023c(100%)0．361±0．035a(159．73%)0．307±0．020b(135．84%)ETR31．117±1．687c(100%)53．483±3．713a(171．88%)45．050±2．235b(144．78%)ETR33．557±3．417c(100%)53．067±5．426a(158．14%)46．129±2．939b(137．46%)qP0．368±0．043c(100%)0．591±0．023a(160．60%)0．558±0．019b(151．63%)qP0．368±0．043c(100%)0．591±0．023a(160．60%)0．558±0．019b(151．63%)qN0．743±0．018a(100%)0．633±0．042c(85．20%)0．694±0．011b93．41%()qN0．738±0．017a(100%)0．629±0．031b(85．23%)0．684±0．026b(92．68%)Y(NPQ)0．489±0．018a(100%)0．315±0．026c(64．42%)0．410±0．030b(83．84%)Y(NPQ)0．477±0．017a(100%)0．318±0．039c(66．67%)0．414±0．020b(86．79%)Y(NO)0．316±0．013a(100%)0．314±0．011a(99．37%)0．297±0．024a(93．99%)Y(NO)0．297±0．017a(100%)0．310±0．016a(104．38%)0．292±0．017a(98．32%)

注：不同小寫字母表示不同的處理之間存在顯著性差異(P<0.05)，下同。

Note:Different letters denote significant differences from the treatment with different chemical solutions at the same light intensity(P<0.05),the same as below.

圖2 ATP對(duì)菜豆葉片處理側(cè)(A)與未處理側(cè)(B)H2O2含量的影響Fig.2 The effects of ATP on H2O2 content of the treated half(A) and the untreated half(B) of bean leaves

2.4H2O2抑制劑減弱了外源ATP對(duì)菜豆葉片葉綠素?zé)晒獾南到y(tǒng)性影響

為了進(jìn)一步研究外源ATP對(duì)菜豆葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的系統(tǒng)性影響是否與H2O2相關(guān)。本研究利用過氧化氫淬滅劑N,N′-二甲基硫脲(DMTU)進(jìn)行了研究。用1.0 mmol·L-1的DMTU單獨(dú)處理葉片一側(cè)，發(fā)現(xiàn)上述熒光參數(shù)與對(duì)照相比均無顯著變化(數(shù)據(jù)未列出)。與外源ATP單獨(dú)處理葉片一側(cè)相比，ATP與DMTU的混合液處理的菜豆葉片處理側(cè)與未處理側(cè)Fv/Fm和Y(NO)無變化，而Y(Ⅱ)、ETR和qP水平均顯著降低，且qN和Y(NPQ)水平顯著上升(表2)。

3 討論

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：1.0 mmol·L-1外源ATP對(duì)葉片處理側(cè)Fv/Fm無影響，但顯著增加了Y(Ⅱ)和ETR水平(表1)。這表明eATP水平的升高可增加用于光化學(xué)反應(yīng)和光合作用電子傳遞速率的量子比例。而外源ATP處理可引起qN的顯著下降(表1)，表明eATP水平的增加使得更多的光能被用于光化學(xué)反應(yīng)而不是以熱能的形式散失。qP反應(yīng)了PSⅡ反應(yīng)中心氧化態(tài)質(zhì)體醌的比例，并且氧化態(tài)質(zhì)體醌比例越高則PSⅡ接受并傳遞電子的能力越強(qiáng)[20]。而本研究發(fā)現(xiàn)，外源ATP處理可顯著增加處理側(cè)qP的水平(表1)。這些觀察表明eATP提高了PSⅡ反應(yīng)中心氧化態(tài)質(zhì)體醌所占的比例。外源ATP的處理可導(dǎo)致處理側(cè)Y(NPQ)顯著下降，但對(duì)Y(NO)無影響(表1)。說明外源ATP的處理使得吸收的光能的熱耗散降低可能是通過調(diào)節(jié)非光化學(xué)能量耗散實(shí)現(xiàn)的。我們之前研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)菜豆葉片施加外源ATP可提高被ATP施加組織處光系統(tǒng)Ⅱ的光化學(xué)效率[14]。而本研究揭示了，外源ATP對(duì)葉片處理側(cè)的上述葉綠素?zé)晒庵笜?biāo)的影響也同樣發(fā)生在未直接接觸ATP的同葉另一側(cè)上。綜合上述觀察可知，eATP不僅能夠影響那些直接感受到eATP的葉片組織的光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)反應(yīng)，而且同時(shí)還能夠影響同葉片其他組織光系統(tǒng)Ⅱ的光化學(xué)反應(yīng)。因此，eATP能夠系統(tǒng)性地調(diào)節(jié)葉片的光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)反應(yīng)。

表2外源ATP和ATP與DMTU等量混合液對(duì)菜豆葉片處理側(cè)與同葉未處理側(cè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

Table2Theeffectsofthetreatmentsofahalfofabean(PhaseolusvulgarisL.)leafwithexogenousATPandATP+DMTUonthechlorophyllfluorescenceparametersofthetreatedhalfandtheuntreated,oppositehalf

葉綠素?zé)晒鈪?shù)Chlorophyllfluorescenceparameters處理側(cè)Processingside(300μmol(photon)·m-2·s-1)CKATPATP+DMTU葉綠素?zé)晒鈪?shù)Chlorophyllfluorescenceparameters未處理側(cè)Un?processingside(300μmol(photon)·m-2·s-1)CKATPATP+DMTUFv/Fm0．761±0．007a0．761±0．014a0．753±0．004aFv/Fm0．761±0．005a0．759±0．012a0．756±0．002aY(Ⅱ)0．203±0．009c0．365±0．025a0．266±0．016bY(Ⅱ)0．226±0．023c0．361±0．035a0．274±0．024bETR31．117±1．687c53．483±3．713a40．200±1．913bETR33．557±3．417b53．067±5．426a37．450±5．026bqP0．368±0．043c0．591±0．023a0．492±0．014bqP0．368±0．043c0．591±0．023a0．496±0．017bqN0．743±0．018a0．633±0．042b0．752±0．034aqN0．738±0．017a0．629±0．031b0．743±0．010aY(NPQ)0．489±0．018a0．315±0．026c0．438±0．012bY(NPQ)0．477±0．017a0．318±0．039b0．454±0．036aY(NO)0．316±0．013a0．314±0．011a0．297±0．017aY(NO)0．297±0．017a0．310±0．016a0．287±0．018a

eATP作為一種重要的胞外信號(hào)分子，因自身具有極強(qiáng)的極性而不能自由穿過細(xì)胞膜。Chivasa[1,15]等研究發(fā)現(xiàn)eATP對(duì)煙草葉片對(duì)病菌或病毒的抗性的系統(tǒng)性影響并不是由于胞內(nèi)ATP的釋放或ATP的移動(dòng)到未處理側(cè)所引起的。故其可通過與膜上的受體蛋白結(jié)合然后誘發(fā)多種下游信號(hào)分子(如：Ca2+，一氧化氮(NO)，活性氧(ROS)等)的積累[4～8]從而調(diào)節(jié)植物細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、抗病反應(yīng)和向地性等生理學(xué)活動(dòng)[13]。

本研究用外源ATP處理菜豆葉片一側(cè)，檢測(cè)了葉片處理側(cè)與同葉未處理側(cè)過氧化氫含量的變化。發(fā)現(xiàn)葉片處理側(cè)與同葉未處理側(cè)H2O2含量均顯著上升(圖2)。這表明：植物葉片eATP的增加可導(dǎo)致H2O2產(chǎn)量的增加。Demidchik[5]等研究發(fā)現(xiàn)：eATP可通過激活質(zhì)膜上NADPH氧化酶使胞外產(chǎn)生超氧陰離子，而部分超氧陰離子可轉(zhuǎn)變成H2O2，而這些H2O2可進(jìn)入細(xì)胞并引起胞內(nèi)H2O2含量的增加。Jiang[21]等最近也報(bào)道了外源的過氧化氫可以促進(jìn)光系統(tǒng)Ⅱ的光化學(xué)效率和氧化態(tài)質(zhì)體醌的比例。而Gilroy[22]等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)植物的部分組織受到環(huán)境脅迫而出現(xiàn)H2O2產(chǎn)量增加時(shí)，這種增加可以系統(tǒng)性地在整個(gè)植株中傳遞，從而導(dǎo)致了整個(gè)植株H2O2水平的上升。因此，eATP很可能是通過引起H2O2信號(hào)途徑而對(duì)直接接觸ATP和未直接接觸ATP的同葉另一側(cè)葉片組織的PSⅡ光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了影響。綜上所述，我們猜測(cè)ATP對(duì)菜豆葉片光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)特性的這種系統(tǒng)性影響可能是與H2O2有關(guān)。為了查明這一猜測(cè)，本研究用1.0 mmol·L-1外源H2O2處理葉片一側(cè)，發(fā)現(xiàn)處理側(cè)與同葉未處理側(cè)的葉綠素?zé)晒鈪?shù)產(chǎn)生與外源ATP處理具有相似的結(jié)果，即：處理側(cè)與同葉未處理側(cè)的Fv/Fm和Y(NO)無影響，而Y(Ⅱ)、ETR和qP顯著上升，qN和Y(NPQ)顯著下降(表1)。這提示了eATP對(duì)菜豆葉片光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)特性的影響(包括系統(tǒng)性影響)可能和H2O2有關(guān)。，本研究用過氧化氫淬滅劑DMTU和ATP的混合溶液對(duì)葉片的一側(cè)進(jìn)行了處理，并和單獨(dú)用ATP處理的葉片進(jìn)行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DMTU可明顯減弱外源ATP所引起的ATP處理側(cè)和同葉未處理側(cè)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化。這一觀察表明，eATP對(duì)菜豆葉片光系統(tǒng)Ⅱ光化學(xué)特性的影響(包括系統(tǒng)性影響)依賴于H2O2。

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ExtracellularATPExertSystemicEffectsonPhotosystemⅡPhotochemistryofKidneyBean(Phaseolusvulgaris)LeafthroughaH2O2SignallingPathway

TIAN Wu-Ying JIAO Qing-Song SHI Dai-Long SUN Kun JIA Ling-Yun*FENG Han-Qing

(College of Life Science,Northwest Normal University,Lanzhou 730070)

We studied the systemic effects of extracellular ATP(eATP) on the Photosystem Ⅱ photochemistry of kidney bean(Phaseolusvulgaris) leaf and possible mechanism for this effect. Treatment of a half of a bean leaf with exogenous ATP had no significant effect on the maximal photochemical efficiency of photosystem Ⅱ(Fv/Fm), and the quantum yield of non-regulated energy dissipation(Y(NO)) of the treated half and the untreated, opposite half of the same leaf. However, this treatment significantly increased the values of photochemical efficiency(Y(Ⅱ)), the rate of photosynthetic electron transport(ETR), and photochemical quenching(qP), while the values of the non-photochemical quenching(qN) and the quantum yield of regulated energy dissipation(Y(NPQ)) were significantly decreased by exogenous 1 mmol·L-1ATP. These observations indicate that eATP can function in systematically enhancing the PSⅡ photochemistry of kidney bean leaves. Treatment of a half of a bean leaf with exogenous ATP, we tested the change of the oxidation hydrogen content of the treated half and the untreated, opposite half of the same leaf. Compared to the control, hydrogen peroxide content of the treated half and the untreated, opposite half of the same leaf were significantly increased. Similar to the effects of exogenous ATP, treatment with exogenous H2O2at 1 mmol·L-1also led to a significant increase inY(Ⅱ),qPandETRand a significant decrease inqNandY(NPQ) of the treated half and the untreated, opposite half of the same leaf. DMTU(dimethylthiourea, a scavenger of H2O2) weakened the effects of exogenous ATP on theY(Ⅱ)),qP,ETR,qNandY(NPQ). These observations indicate that an increase in eATP concentration of partial region of bean leaf can enhance the PSⅡ photochemistry of the adjacent tissues, and such function of eATP could be dependent of H2O2.

chlorophyll fluorescence;extracellular ATP;exogenous H2O2;kidney bean(Phaseolusvulgaris);systemic

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31260059和30900105)；教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)資助項(xiàng)目(211190)；甘肅省財(cái)政廳高?；究蒲袠I(yè)務(wù)資助項(xiàng)目

田武英(1989—)，女，碩士研究生，主要從事植物生理生態(tài)研究。

* 通信作者：E-mail:lingyunjia1982@126.com

2015-10-19

S643.1

A

10.7525/j.issn.1673-5102.2016.03.008